2pru-（2prr）u并联机构运动学及性能分析

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1、浙江理工大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解浙江理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江理工大

2、学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：签字日期：年月日导师签名：签字日期：年月日浙江理工大学硕士学位论文2PRU-(2PRR)U并联机构运动学及性能分析摘要随着并联机构理论与技术的发展，并联机构在工业制造领域得到了广泛应用。由于少自由度并联机构相比6自由度并联机构具有结构简单、造价低、易于控制等优点，从而成为机构研究领域的热点。在此背景下，本文提出一种新型的1T2R三自由度并联机构

3、，并进行了运动学及性能的分析与研究，具体内容如下：1)运用螺旋理论知识对2PRU-(2PRR)U并联机构的自由度进行分析，得出本机构具有1T2R三个自由度。采用u-v-w欧拉角对机构动平台的位姿进行描述，根据机构之间的位置关系得出动平台绕w轴转动的角γ恒为0，因此本文采用（Pz,θ,ψ）三个参数来描述动平台原点的位姿。2)根据机构的结构简图，采用几何作图法，推导出机构的位置正逆解方程组，其中逆解有16组解，排除干涉的解后，共有12组可行解。在工程应用中，可根据能量消耗最小原则选出一组最优解。3)根据刚性连杆两端点

4、沿杆方向的运动速度相同的特性，推导出并联机构驱动输入与末端执行器输出之间的速度映射矩阵（雅可比矩阵）。分析计算雅可比矩阵行列式的值，得出机构的奇异位形的位置及特点，其中有2种边界奇异、1种局部奇异和4种结构奇异。4)根据机构的奇异性特点，确定机构动平台的最大摆动能力，通过分析成对U铰、连杆之间的干涉以及驱动滑块的工作范围对摆动能力的影响，确定修正后的摆动能力并基于MATLAB软件采用数值搜索法对机构的工作空间进行搜索并绘制相关图谱。通过图谱分析，得出机构的工作空间为上下端面是部分球面的一个柱体。5)在一定模型假设

5、的基础上，根据虚功原理推导出机构的静刚度与承载能力的计算公式。根据机构的驱动输入与末端执行器输出之间的映射关系，推导出机构灵巧度值的计算公式。通过分析实例的计算结果及绘制的相关图谱，发现机构工作在奇异位形时其性能较差，在中心位置时性能较好。6)以并联机构的工作空间、静刚度、灵巧度及承载能力为优化目标，运用归一化法及加权法将多目标问题转换成单目标问题，并以此作为遗传算法的适应度函数，采用自适应遗传算法对机构进行尺寸优化。根据优化结果，利用SolidWorks软件建立机构的三维模型，通过ADAMS软件模拟仿真并验证上

6、述运动学分析结果。关键词：2PRU-(2PRR)U并联机构；运动学；机构性能；自适应遗传算法；优化；I浙江理工大学硕士学位论文2PRU-(2PRR)U并联机构运动学及性能分析AbstractWiththedevelopmentofParallelmechanismtheoryandtechnology,Parallelmechanismhasbeenwidelyappliedinthefieldofindustrialmanufacturing.ImperfectDOFparallelmechanismhasre

7、ceivedmuchattentionfortheadvantagesoftheirsimplestructure,lowcostandeasiertocontrolthanparallelmechanismwithsixdegreesoffreedom.Inthisbackground,thispaperpresentsanew1T2Rparallelmechanismwiththreedegreesoffreedomandhascarriedouttheanalysisonthekinematicsandpe

8、rformance.Theworkisasfollows:1)ToanalyzetheDOFof2PRU-(2PRR)Uparallelmechanismwithscrewtheory,andfindoutthatthismechanismhas3DOF.Todescribethepositionofmechanism’smovingplatformwithu-v-wEu